उदाहरण प्रश्नहरू इलेक्ट्रोकेमिकल कोषहरूको छलफल: उदाहरण प्रश्नहरू मार्फत इलेक्ट्रोकेमिस्ट्रीको आधारभूत कुराहरू बुझ्ने
इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री रसायन विज्ञानको एक शाखा हो जसले रासायनिक प्रतिक्रियाहरू र विद्युतीय प्रवाह बीचको सम्बन्धको अध्ययन गर्दछ। इलेक्ट्रोकेमिस्ट्रीमा, हामी प्रायः दुई मुख्य प्रकारका कोषहरूको बारेमा छलफल गर्छौं: ग्याल्भेनिक (वा भोल्टेइक) कोषहरू र इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरू। दुवै प्रकारका कोषहरूले बिजुली उत्पन्न गर्न वा प्रयोग गर्न रेडक्स प्रतिक्रियाहरू प्रयोग गर्छन्।
यस लेखमा, हामी इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाहरूका केही उदाहरणहरू छलफल गर्नेछौं जसले यस अवधारणाको हाम्रो बुझाइलाई गहिरो बनाउन मद्दत गर्नेछ।
१. प्रश्न: ग्याल्भेनिक सेल
उदाहरणका लागि, ZnSO₄ घोलमा डुबाइएको जस्ता (Zn) इलेक्ट्रोड र CuSO₄ घोलमा डुबाइएको तामा (Cu) इलेक्ट्रोड मिलेर बनेको ग्याल्भेनिक सेल लिऔं। प्रत्येक इलेक्ट्रोडमा हुने प्रतिक्रियाहरू, साथै यस ग्याल्भेनिक सेलमा हुने समग्र प्रतिक्रिया लेख्नुहोस्।
छलफल:
१. जिंक इलेक्ट्रोडमा प्रतिक्रिया (एनोड, अक्सिडेशन):
प्रतिक्रिया: \( Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^- \)
यहाँ, जिंकलाई जिंक आयन (Zn²⁺) मा अक्सिडाइज गरिन्छ र दुई इलेक्ट्रोनहरू छोडिन्छ।
२. तामा इलेक्ट्रोडमा प्रतिक्रिया (क्याथोड, रिडक्सन):
प्रतिक्रिया: \( Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s) \)
यहाँ, तामा आयनहरू (Cu²⁺) ले दुई इलेक्ट्रोनहरू स्वीकार गर्छन् र ठोस तामा (Cu) मा घट्छन्।
३. ग्याल्भेनिक कोषमा समग्र प्रतिक्रिया:
समग्र प्रतिक्रिया प्राप्त गर्न यी दुई आधा-प्रतिक्रियाहरू मिलाउनुहोस्:
\( Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s) \)
सामान्यतया, यो निष्कर्षमा पुग्न सकिन्छ कि ग्याल्भेनिक कोषहरूमा, विद्युतीय प्रवाह उत्पादन गर्न रेडक्स प्रतिक्रियाहरूको सहजता प्रयोग गरिन्छ।
२. प्रश्न: कोशिका क्षमता
Zn²⁺/Zn = -0,76 V र Cu²⁺/Cu = +0,34 V को लागि मानक रिडक्सन क्षमतालाई ध्यानमा राख्दै। पहिले छलफल गरिएको ग्याल्भेनिक सेलको सेल क्षमता गणना गर्नुहोस्।
छलफल:
कोष क्षमता (E°_cell) समीकरण प्रयोग गरेर गणना गर्न सकिन्छ:
\[
E°_{cell} = E°_{क्याथोड} – E°_{anode}
\]
कहाँ:
– क्याथोड त्यो इलेक्ट्रोड हो जहाँ रिडक्सन हुन्छ (Cu²⁺/Cu E° = +0.34 V सँग)
– एनोड त्यो इलेक्ट्रोड हो जहाँ अक्सिडेशन हुन्छ (Zn²⁺/Zn सँग E° = -0.76 V)
\[
E°_{sel} = 0.34\, V – (-0.76\, V) = 0.34\, V + 0.76\, V = 1.10\, V
\]
यसरी, ग्याल्भेनिक सेलको सेल क्षमता १.१० V छ।
३. प्रश्न: इलेक्ट्रोलाइटिक सेल
इलेक्ट्रोलाइटिक कोषमा, निष्क्रिय इलेक्ट्रोडहरू सहित इलेक्ट्रोलाइटिक कोष भित्र सोडियम क्लोराइड (NaCl) घोल तयार गरिन्छ। प्रत्येक इलेक्ट्रोडमा हुने प्रतिक्रियाहरू लेख्नुहोस्।
छलफल:
इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमा, बिजुली प्रयोग गरी गैर-स्वस्फूर्त प्रतिक्रिया चलाइन्छ। NaCl घोल भएको इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमा, हामीसँग छ:
१. क्याथोडमा प्रतिक्रिया (घटाउ):
\[
2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)
\]
धेरैजसो पातलो NaCl घोलहरूमा, सोडियमभन्दा पहिले पानी घटाइनेछ किनभने पानीको घटाउने क्षमता सोडियम (-२.७१ V) भन्दा बढी धनात्मक (-०.८३ V) हुन्छ।
२. एनोडमा हुने प्रतिक्रिया (अक्सीकरण):
\[
2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-
\]
एनोडमा, क्लोराइड आयनहरू क्लोरीन ग्यासमा अक्सिडाइज हुन्छन्।
३. समग्र प्रतिक्रिया:
समग्र प्रतिक्रियाको लागि क्याथोड र एनोडमा हुने प्रतिक्रियाहरूलाई संयोजन गर्नुहोस्:
\[
2H_2O(l) + 2Cl^-(aq) \rightarrow H_2(g) + Cl_2(g) + 2OH^-(aq)
\]
यस नुनिलो पानीको इलेक्ट्रोलिसिसमा, घोलमा रहेका आयनहरूको अन्तरक्रियाको कारणले आधार घोल (NaOH) सँग हाइड्रोजन ग्यास र क्लोरीन ग्यास उत्पादन हुन्छ।
४. प्रश्न: फाराडेको इलेक्ट्रोलिसिसको नियम
यदि CuSO₄ घोलबाट २ फाराडे धारा प्रवाह गरियो भने त्यसबाट कति ग्राम तामा निस्कन्छ?
छलफल:
फराडेको नियमले इलेक्ट्रोलाइसिसको क्रममा इलेक्ट्रोडमा जम्मा भएको पदार्थको मात्रा त्यसबाट गुज्रिएको विद्युतीय प्रवाहको मात्रासँग समानुपातिक हुन्छ भनी बताउँछ। पदार्थको द्रव्यमान (m) समीकरण प्रयोग गरेर गणना गर्न सकिन्छ:
\[
m = \frac{M \cdot Q}{n \cdot F}
\]
कहाँ:
– \(m\) भनेको जम्मा गरिएको पदार्थको पिण्ड हो
– \(M\) पदार्थको मोलर पिण्ड हो (Cu को लागि, M = 63.5 g/mol)
– \(Q\) भनेको विद्युतीय चार्जको मात्रा हो (कुलम्बमा, \(Q = n \cdot F\ को रूपमा गणना गरिन्छ), जहाँ n भनेको फाराडेहरूको संख्या हो)
– \(n\) प्रतिक्रियामा संलग्न इलेक्ट्रोनहरूको मोलहरूको संख्या हो (Cu²⁺/Cu को लागि, n = 2)
– \(F\) फराडेको स्थिरांक हो (९६५०० C/mol)
२ फराडे करेन्टको साथ:
\[
m = \frac{63.5\, g/mol \cdot 2 \cdot 96500\, C}{2 \cdot 96500\, C/mol}
\]
समीकरणलाई सरल बनाउनुहोस्:
\[
m = ६३.५\, g
\]
परिणामस्वरूप यस इलेक्ट्रोलिसिस मार्फत ६३.५ ग्राम तामा जम्मा भयो।
केसिम्पुलन
इलेक्ट्रोकेमिकल कोषहरू बुझ्नको लागि रेडक्स प्रतिक्रियाहरू, सेल सम्भाव्य गणनाहरू, र इलेक्ट्रोकेमिकल स्टोइचियोमेट्रीको ज्ञान आवश्यक पर्दछ। माथि उल्लेख गरिएका उदाहरण समस्याहरू बुझ्नुले आधारभूत अवधारणाहरू र विभिन्न प्रकारका इलेक्ट्रोकेमिकल कोषहरूमा तिनीहरूको प्रयोग स्पष्ट पार्न मद्दत गर्दछ। अन्तमा, यो बुझाइलाई गहिरो बनाउन विभिन्न समस्याहरूसँग अभ्यास जारी राख्नुहोस्, विशेष गरी विज्ञान र उद्योगका विभिन्न क्षेत्रहरूमा सैद्धान्तिक र व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूको लागि।
